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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Die
US 2005/0261092 A1 offenbart eine Kraftübertragungseinrichtung eines Verdichters mit einer Riemenscheibe. Die Riemenscheibe ist über eine Freilaufeinrichtung mit einer um eine Drehachse drehbaren Welle des Verdichters in einer Drehrichtung drehfest gekoppelt und in einer weiteren, der einen Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung relativ zur Welle um die Drehachse verdrehbar. Dabei ist die Riemenscheibe an einem Gehäuse des Verdichters wälzgelagert und um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar.
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Der
DE 10 2006 012 420 A1 ist eine Riemenscheibeneinheit als bekannt zu entnehmen. Diese weist eine Kurbelwellenriemenscheibe auf. Die Kurbelwellenriemenscheibe ist über eine Freilaufeinrichtung mit einer um eine Drehachse drehbaren Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine in einer Drehrichtung drehfest gekoppelt und in einer weiteren, der einen Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung relativ zur Kurbelwelle um die Drehachse verdrehbar. Zum Koppeln der Kurbelwellenriemenscheibe mit der Kurbelwelle ist ein Verbindungsflansch vorgesehen, über welchen die Kurbelwellenriemenscheibe mit der Kurbelwelle stirnseitig verbunden werden kann.
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Die
DE 103 43 400 A1 offenbart einen Kraftfahrzeugantrieb mit einer Brennkraftmaschine, welche eine als Abtriebswelle dienende Kurbelwelle umfasst. Der Kraftfahrzeugantrieb weist einen Elektromotor zum Starten der Brennkraftmaschine auf, der mit Hilfe einer Momentenübertragungseinrichtung mit der Kurbelwelle koppelbar ist. Die Momentenübertragungseinrichtung weist ein auf der Kurbelwelle gelagertes Rad, einen am Kurbelgehäuse und/oder am Motorblock gelagerten Anlasserkranz sowie einen Freilauf zur Drehzahlabhängigen Kopplung und Entkopplung von Rad und Anlasserkranz auf. Der Elektromotor umfasst dabei ein Ritzel, welches über jeweilige miteinander in Eingriff stehende Verzahnungen mit dem Anlasserkranz drehfest verbunden ist.
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Der
JP 2008 106 914 A2 ist eine Riemenscheibeneinheit als bekannt zu entnehmen, welche eine Riemenscheibe umfasst. Die Riemenscheibe ist über eine Freilaufeinrichtung mit einer um eine Drehachse drehbaren Welle in einer Drehrichtung drehfest gekoppelt und in einer weiteren, der einen Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung relativ zur Welle um die Drehachse verdrehbar. Ferner ist die Riemenscheibe an einem Gehäuseteil über ein Wälzlager um die Drehachse relativ zu dem Gehäuseteil drehbar gelagert.
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Der
JP 2009 079 672 A2 und der
JP 2009 097 712 A2 sind jeweils eine Riemenscheibeneinheit als bekannt zu entnehmen, welche jeweils eine Riemenscheibe umfassen. Die Riemenscheibe ist über eine Freilaufeinrichtung mit einer um eine Drehachse drehbaren Welle in einer Drehrichtung drehfest gekoppelt und in einer weiteren, der einen Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung relativ zur Welle um die Drehachse verdrehbar. Dabei ist die jeweilige Riemenscheibe an einem zylinderförmigen Vorsprung eines Gehäuses eines Motors um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar wälzgelagert.
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Die bekannten Riemenscheibeneinheiten weisen einen hohen Verschleiß auf.
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In der nachveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen
DE 10 2011 014 638 wird eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, insbesondere ein Hybrid-Fahrzeug vorgeschlagen, die eine Abtriebswelle umfasst, welche an einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert ist, und wobei die Verbrennungskraftmaschine sich durch eine der Abtriebswelle zugeordnete Zugmittelscheibe auszeichnet, welche über eine Freilaufeinrichtung in einer ersten Drehrichtung der Abtriebswelle um die Drehachse mit der Abtriebswelle drehfest gekoppelt und in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung relativ zur Abtriebswelle verdrehbar ist. Die Zugmittelscheibe ist ferner zumindest mittelbar über wenigstens ein Gleitlager an dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse der Zugmittelscheibe relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert.
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Die Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser nachveröffentlichten Patentanmeldung weist einen geringen Verschleiß auf, da die Lagerung der Zugmittelscheibe an dem Gehäuse besonders reibungs- und verlustarm ist. Ferner weist diese Verbrennungskraftmaschine den Vorteil auf, dass die Zugmittelscheibe aufgrund ihrer Lagerung zumindest mittelbar an dem Gehäuse insbesondere zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung der Zugmittelscheibe bei einer Übertragung eines Drehmoments auf die Zugmittelscheibe wirkende Kräfte an dem Gehäuse abstützen und an dieses ableiten kann. Durch die Gleitlagerung der Zugmittelscheibe an dem Gehäuse weist diese Verbrennungskraftmaschine im Vergleich zu einer solchen mit einer Wälzlagerung der Zugmittelscheibe einen geringeren Bauraumbedarf auf.
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Damit die Vorteile der Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser nachveröffentlichten Patentanmeldung vollumfänglich zum tragen kommen, ist es erforderlich, dass die Toleranzen der verwendeten Bauteile und daraus resultierend ihrer Anordnung zueinander sehr eng gehalten werden, was einen großen Fertigungsaufwand verursacht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere Verbesserung der in der nachveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin vorgeschlagenen Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug weist eine Abtriebswelle auf, welche an einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Die Verbrennungskraftmaschine ist gekennzeichnet durch eine der Abtriebswelle zugeordnete und im Wesentlichen koaxial zu dieser angeordnete Zugmittelscheibe, welche über eine Freilaufeinrichtung mit einer in einer ersten Drehrichtung der Abtriebswelle um die Drehachse mit der Abtriebswelle drehfest gekoppelt und in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegensetzten Drehrichtung relativ zur Abtriebswelle verdrehbar ist und welche zumindest mittelbar über wenigstens ein Gleitlager an dem Gehäuse um eine Drehachse der Zugmittelscheibe relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Werter ist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine gekennzeichnet durch ein in radialer Richtung inneres Freilaufteil, das mit der Zugmittelscheibe durch ein bewegliches Ausgleichselement drehfest, aber relativ zur Zugmittelscheibe in radialer Richtung versetzbar verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine kann besonders vorteilhaft bei einem als Hybrid-Fahrzeug ausgebildeten Kraftwagen eingesetzt werden. Bei dem Hybrid-Fahrzeug kann die Verbrennungskraftmaschine das Hybrid-Fahrzeug antreiben. Das Hybrid-Fahrzeug umfasst ferner wenigstens einen Elektromotor, welcher das Hybrid-Fahrzeug zumindest als Unterstützung für die Verbrennungskraftmaschine antreiben kann. Dabei ist es auch möglich, dass das Hybrid-Fahrzeug ausschließlich von dem wenigstens einen Elektromotor angetrieben wird, während sich die Verbrennungskraftmaschine in einem abgeschalteten Betriebszustand befindet.
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Kommt es nun zu einem Übergang von dem abgeschalteten Betriebszustand zu einem weiteren Betriebszustand, welcher ein Starten der Verbrennungskraftmaschine erfordert, so kann die Verbrennungskraftmaschine über die Zugmittelscheibe besonders vorteilhaft gestartet werden.
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Die drehfeste Kopplung bzw. Koppelbarkeit der Zugmittelscheibe mit der Abtriebswelle sowie die relative Verdrehbarkeit der Zugmittelscheibe relativ zur Abtriebswelle ermöglichen ein besonders komfortables und ruckfreies Starten der Verbrennungskraftmaschine, ohne dass beispielsweise Insassen eines Fahrgastraums des Hybrid-Fahrzeugs das Starten der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise durch Rucken oder dergleichen wahrnehmen könnten. Das ruckfreie Starten ergibt sich daher, dass die Verbrennungskraftmaschine mittels einer von dem Elektromotor zum Antreiben des Hybrid-Fahrzeugs unterschiedlichen, separaten Starteinrichtung, beispielsweise einem weiteren Elektromotor, und nicht etwa mittels des Elektromotors zum Antreiben des Hybrid-Fahrzeugs über die Zugmittelscheibe gestartet werden kann.
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Das Starten der Verbrennungskraftmaschine über die Zugmittelscheibe und ein entsprechendes Zugmittel eines Zugmitteltriebs ist insbesondere im Vergleich zum Starten der Verbrennungskraftmaschine über ein Ritzel und ein mit dem Ritzel über jeweilige Verzahnungen im Eingriff stehenden Zahnkranz, welcher mit der Abtriebswelle drehfest gekoppelt bzw. koppelbar ist, komfortabler. Bei einem Starten der Verbrennungskraftmaschine über das Ritzel und den Zahnkranz kann das Starten von den Insassen im Fahrgastraum insbesondere akustisch wahrgenommen werden, was den Fahrkomfort und die Wertanmutung des Hybrid-Fahrzeugs negativ beeinflusst. Diese Problematik ist durch die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine vermieden.
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Durch die Freilaufeinrichtung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist es vermieden, dass der Zugmitteltrieb permanent mitläuft, das heißt über die Abtriebswelle mit angetrieben wird. So können Reibungsverluste der Verbrennungskraftmaschine in einem geringen Rahmen gehalten werden. Dies geht mit einem besonders geringen Kraftstoffverbrauch und mit geringen CO2-Emissionen einher. Darüber hinaus können beim Starten über das Zugmittel auf die Zugmittelscheibe wirkende Kräfte durch die separate Lagerung der Zugmittelscheibe zumindest mittelbar an dem Gehäuse abgestützt werden, ohne auf die Abtriebswelle und insbesondere auf Lager der Abtriebswelle zu wirken.
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Das Starten der Verbrennungskraftmaschine erfolgt beispielsweise derart, dass ein Drehmoment auf die Zugmittelscheibe über das Zugmittel übertragen wird. Die Zugmittelscheibe ist dabei zumindest bereichsweise von dem Zugmittel umschlungen. Das Zugmittel ist beispielsweise mit einem Starter der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt: Der Starter ist beispielsweise als Elektromotor ausgebildet und umfasst eine um eine Drehachse drehbare Ausgangswelle, welche mit einer weiteren Zugmittelscheibe drehfest verbunden ist. Die weitere Zugmittelscheibe ist dabei ebenso von dem Zugmittel zumindest bereichsweise umschlungen.
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Mittels des Elektromotors des Starters wird in die Ausgangswelle dieses ein Drehmoment eingeleitet, welches über die Ausgangswelle und die weitere Zugmittelscheibe auf das Zugmittel übertragen wird. Das Zugmittel überträgt das Drehmoment weiter auf die erste Zugmittelscheibe, welche das Drehmoment über die Freilaufeinrichtung in der ersten Drehrichtung auf die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine überträgt. Dadurch kann die Abtriebswelle über den so dargestellten Zugmitteltrieb mit der ersten und der weiteren Zugmittelscheibe und dem Zugmittel angetrieben und in der ersten Drehrichtung über die Drehachse gedreht werden, bis in wenigstens einem Brennraum, insbesondere einem Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen, welche die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine antreiben und um die Drehachse drehen.
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Wird die Abtriebswelle in Folge der Verbrennungsvorgänge angetrieben, so kann sich die Abtriebswelle um ihre Drehachse in der ersten Drehrichtung schneller drehen als die Zugmittelscheibe um ihre Drehachse in der ersten Drehrichtung. Um nun zu verhindern, dass die Zugmittelscheibe von der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, ermöglicht die Freilaufeinrichtung eine Relativdrehung der Zugmittelscheibe zur Abtriebswelle. Dabei kann sich die Zugmittelscheibe relativ zur Abtriebswelle in der zweiten Drehrichtung drehen. So können keine Antriebskräfte von der Abtriebswelle auf die Zugmittelscheibe übertragen werden. Umgekehrt ist dies jedoch möglich.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine eignet sich in vorteilhafter Weise auch für herkömmliche Kraftfahrzeuge, die ausschließlich durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden. Über die Zugmittelscheibe und einem damit über das Zugmittel verbundenen Elektromotor (Starter) kann das Kraftfahrzeug für die Insassen sehr komfortabel gestartet werden, z. B. im Start-Stopp-Betrieb.
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Ein Vorteil der in
DE 10 2011 014 638 vorgeschlagenen Verbrennungskraftmaschine ist, dass die Zugmittelscheibe aufgrund ihrer Lagerung zumindest mittelbar an dem Gehäuse insbesondere zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung der Zugmittelscheibe bei einer Übertragung eines Drehmoments auf die Zugmittelscheibe wirkende Kräfte an dem Gehäuse abstützen und an dieses ableiten kann. Hierdurch wird/werden das/die Lager der Abtriebswelle, beispielsweise das Hauptlager der Kurbelwelle, von den durch das Zugmittel wirkenden Kräften entlastet.
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Durch die derzeit üblichen Toleranzen bei den Bauteilen kann es jedoch vorkommen, dass die Drehachse der Zugmittelscheibe und die Drehachse der Abtriebswelle nicht vollständig koaxial zueinander sind. In einem solchen Fall kommt es bei einem Start-Vorgang der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine, vermittelt über sperrende Elemente in der Freilaufeinrichtung, zu einer Verspannung zwischen Zugmittelachse und Abtriebswelle und zum Auftreten von radialen Zwangskräften auf das/die Lager der Abtriebswelle, Zum Ausgleich von Bauteiltoleranzen ist bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine daher ein in radialer Richtung inneres Freilaufteil mit der Zugmittelscheibe durch ein bewegliches, bevorzugt aus Stahl ausgebildetes Ausgleichselement drehfest aber relativ zur Zugmittelscheibe in radialer Richtung versetzbar verbunden.
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Hierdurch werden in erfindungsgemäßer Weise die internen Toleranzen der Zugmittelscheibe sowie der Lagerung derselben überbrückt, es können die Bauteiltoleranzen in üblichen Größenordnungen gehalten werden und gleichzeitig wird eine Verspannung von Zugmittelscheibe zur Abtriebswelle sicher vermieden.
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Durch die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine kann ein Versatz von Drehachse der Zugmittelscheibe zur Drehachse der Abtriebswelle in der Größenordnung von bis zu einigen zehntel Millimetern, beispielsweise im Bereich von 0,01 bis 0,1 mm, 0,01 bis 0,2 mm, 0,01 bis 0,3 mm, 0,01 bis 0,4 mm, 0,01 bis 0,5 mm, 0,01 bis 0,6 mm, 0,01 bis 0,8 mm oder 0,01 bis 0,9 mm ausgeglichen werden.
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Um die Zugmittelscheibe und das in radialer Richtung innere Freilaufteil drehfest miteinander zu verbinden, stehen gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung eine erste Verzahnung im Bereich eines ersten Endes des Ausgleichselements mit einer Verzahnung an der Zugmittelscheibe und eine zweite Verzahnung im Bereich eines zweiten Endes des Ausgleichselements mit einer Verzahnung am inneren Freilaufteil im Eingriff.
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Es kann jede geeignete Art von Verzahnung verwendet werden. Um einen Ausgleich des Versatzes von Drehachse der Zugmittelscheibe zur Drehachse der Abtriebswelle zu ermöglichen, weisen die im Eingriff zueinander stehenden Verzahnungen ein Spiel auf, das den oben erwähnten Achsversatzausgleich von bis zu einigen zehntel Millimeter ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Verbrennungskraftmaschine einen drehfest mit der Abtriebsachse verbundenen Schwingungsdämpfer und ein in radialer Richtung äußeres Freilaufteil auf, wobei der Schwingungsdämpfer und das in radialer Richtung äußere Freilaufteil drehfest miteinander verbunden sind, und wobei die Drehachse des in radialer Richtung äußeren Freilaufteils im Wesentlichen koaxial zur Drehachse des in radialer Richtung inneren Freilaufteils ist.
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Hierdurch ist eine Funktionsintegration realisiert, was das Gewicht, den Bauraumbedarf sowie die Kosten der Verbrennungskraftmaschine gering hält.
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Insbesondere kann so die axiale Erstreckung der Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden, was insbesondere bei einem sog. Quereinbau der Verbrennungskraftmaschine vorteilhaft für die Lösung und/oder die Vermeidung von Package-Problemen in dem Motorraum des Kraftwagens ist.
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Eine Koaxialität zwischen der Drehachse des in radialer Richtung äußeren Freilaufteils und der Drehachse des in radialer Richtung inneren Freilaufteils ist von Vorteil in Bezug auf die Sicherstellung der Funktionalität der Freilaufeinrichtung. Derartige Freilaufeinrichtungen verfügen üblicherweise über Sperrkörper, welche auch als Klemmkörper bezeichnet werden, mittels welchen das in radialer Richtung innere Freilaufteil und das in radialer Richtung äußere Freilaufteil und damit die Zugmittelscheibe und die Abtriebswelle in der ersten Drehrichtung gekoppelt sind. Wird nach einem erfolgreichen Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine die Abtriebswelle von Verbrennungsvorgängen in den Zylindern angetrieben, so steht die Zugmittelscheibe zumindest im Wesentlichen still und der Freilauf geht in seinen Überholbetrieb (Freilauf).
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Um die Funktionalität der Freilaufeinrichtung sicherzustellen ist es erforderlich, dass in Umfangsrichtung innerhalb vorgebbarer Toleranzen ein gleichmäßiger Abstand zwischen der inneren Umfangsfläche des äußeren Freilaufteils und der äußeren Umfangsfläche des inneren Freilaufteils gegeben ist.
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Ist nun beispielsweise die Drehachse des mit dem Schwingungsdämpfer drehfest verbundenen, in radialer Richtung äußeren Freilaufteils nicht koaxial zur Drehachse der Abtriebswelle, kann dies zur Folge haben, dass in Umfangsrichtung der Abstand zwischen der inneren Umfangsfläche des äußeren Freilaufteils und der äußeren Umfangsfläche des inneren Freilaufteils variiert.
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Hierdurch kann die Funktionalität der Freilaufeinrichtung in mehrfacher Hinsicht gefährdet oder gestört werden. Zum einen können Sperrkörper bei einem zu großen Klemmspalt keine Kopplung zwischen in radialer Richtung innerem und in radialer Richtung äußerem Freilaufteil bewirken, und zum anderen können die Sperrkörper bei einem zu kleinen Klemmspalt übermäßig belastet oder beschädigt werden, was einen vollständigen Verlust der Freilauffunktionalität zur Folge haben kann.
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Eine konzentrische Anordnung der Drehachsen von in radialer Richtung innerem Freilaufteil und in radialer Richtung äußerem Freilaufteil, und damit ein in Umfangsrichtung gleichbleibender Abstand zwischen der inneren Umfangsfläche des äußeren Freilaufteils und der äußeren Umfangsfläche des inneren Freilaufteils kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, indem das in radialer Richtung innere Freilaufteil an dem Schwingungsdämpfer gelagert, bevorzugt wälzgelagert ist. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch das in radialer Richtung innere Freilaufteil im Schwingungsdämpfer zentriert. Hierdurch wird eine sehr gute Koaxialität von in radialer Richtung äußerem Freilaufteil und in radialer Richtung innerem Freilaufteil und somit ein in Umlaufrichtung im Wesentlichen gleichgroßer Klemmspalt sichergestellt.
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Das in radialer Richtung innere Freilaufteil ist bevorzugt mittels wenigstens eines Wälzlagers gegen den Schwingungsdämpfer gelagert. Als Beispiel für ein geeignetes Wälzlager sei ein Nadellager erwähnt. Da diese Lagerstelle nominal keine Last hat, treten auch nur sehr geringe Reibungsverluste auf.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Ausgleichselement über ein Halteteil mit der Zugmittelscheibe verbunden und in axialer Richtung im Wesentlichen relativ zur Zugmittelscheibe gehalten. Das Haltemittel dient vornehmlich zur Dämpfung und groben Fixierung des Ausgeleichselements in axialer Richtung relativ zur Zugmittelscheibe. Als ein geeignetes Beispiel für ein Halteteil sei ein elastischer O-Ring erwähnt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine Schmiermittelversorgungseinrichtung, mittels welcher das Gleitlager, das Lager des in radialer Richtung inneren Freilaufteils und/oder die Freilaufeinrichtung mit Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, zu versorgen sind. Dadurch ist über die Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine hinweg eine dauerhafte Versorgung des Gleitlagers, des Lagers des in radialer Richtung inneren Freilaufteils und/oder der Freilaufeinrichtung mit Schmiermittel realisiert, sodass diese(s) durch das Schmiermittel besonders vorteilhaft geschmiert und gekühlt werden kann/können. Dies hält den Verschleiß sowie den Kraftstoffverbrauch der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine besonders gering.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Schmiermittelversorgungseinrichtung mit einem Schmiermittelkreislauf, insbesondere einem Schmierölkreislauf, der Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbunden. Über den Schmiermittelkreislauf wird beispielsweise auch wenigstens ein Lager der Abtriebswelle, über welches die Abtriebswelle an dem Gehäuse gelagert ist, sowie anderweitige Bauteile, Komponenten oder dergleichen der Verbrennungskraftmaschine mit Schmiermittel versorgt und dadurch geschmiert und gekühlt. Aus diesem Schmiermittelkreislauf wird nun Schmiermittel abgezweigt und zu dem Gleitlager der Zugmittelscheibe, dem Lager des in radialer Richtung inneren Freilaufteils und/oder der Freilaufeinrichtung gefördert. Dadurch werden diese Elemente der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit hochwertigem Schmiermittel versorgt, welches aufgrund einer Zirkulation in dem Schmiermittelkreislauf und einer damit einhergehenden Filterung besonders vorteilhafte Schmierungseigenschaften aufweist. Dadurch sind ein besonders geringer Verschleiß sowie nur sehr geringe Reibverluste realisiert, was dem niedrigen Kraftstoffverbrauch und den CO2-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine zugute kommt.
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Selbstverständlich sind zur Abdichtung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine gegen einen Austritt von Schmiermittel entsprechende Dichtungselemente vorgesehen.
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Um den Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine besonders gering zu halten, sind das in radialer Richtung innere Freilaufteil und/oder des in radialer Richtung äußere Freilaufteil in zumindest bereichsweiser Überdeckung mit dem Schwingungsdämpfer angeordnet. Mit anderen Worten ist zumindest eines der Freilaufteile zumindest bereichsweise in dem Dämpferteil angeordnet und aufgenommen oder umgekehrt. Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine insbesondere eine lediglich geringe axiale Erstreckung aufweisen.
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Ist der Schwingungsdämpfer zumindest teilweise in der Zugmittelscheibe aufgenommen, resultiert daraus ein besonders geringer Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine.
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Die Zugmittelscheibe ist beispielsweise als Riemenscheibe eines Riementriebs als der Zugmitteltrieb ausgebildet. Dieser umfasst als das Zugmittel einen Riemen. Dabei ist die Riemenscheibe von dem Riemen zumindest bereichsweise umschlungen, sodass auf die Riemenscheibe und über diese in der ersten Drehrichtung auf die Abtriebswelle Drehmomente zum komfortablen Starten der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine übertragen werden können.
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Bei einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Verbrennungskraftmaschine als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle als die Abtriebswelle ausgebildet. Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine besonders effizient und mit einem nur geringem Kraftstoffverbrauch betrieben werden, was mit geringen CO2-Emissionen einhergeht. Ferner weist die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ein besonders vorteilhaftes Fahrverhalten auf, sodass sich sowohl Anforderungen an eine hohe Fahrdynamik als auch einen hohen Fahrkomfort erfüllen lassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der beigefügten Figuren. Dieses Ausführungsbeispiel dient jedoch lediglich zur noch besseren Veranschaulichung der Erfindung, der Bereich der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Dabei zeigt:
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1 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Vorderansicht eines Kurbelgehäuses, welches mit einem Achszapfen verbunden ist, an welchem eine Riemenscheibe gelagert werden kann;
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2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit dem Kurbelgehäuse gemäß 1, wobei an dem Achszapfen eine Riemenscheibe über ein Gleitlager gelagert ist;
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Die 1 zeigt ein Kurbelgehäuse 30 für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybrid-Fahrzeugs. Das Kurbelgehäuse 30 umfasst einen Kurbelgehäuseblock 1, durch welchen ein Aufnahmeraum zumindest bereichsweise begrenzt ist. in dem Aufnahmeraum ist eine Kurbelwelle 12 der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 aufgenommen und Ober Hauptlager 16 an dem Kurbelgehäuse 30 um eine Drehachse 17 relativ zu dem Kurbelgehäuse 30 drehbar gelagert.
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Durch das Kurbelgehäuse 30 können auch Brennräume in Form von Zylindern der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 gebildet sein, sodass das Kurbelgehäuse 30 auch als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet sein kann.
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In den Zylindern ist jeweils ein Kolben translatorisch relativ zu dem jeweiligen Zylinder verschiebbar aufgenommen. Die jeweiligen Kolben sind gelenkig mit einem jeweiligen Pleuel verbunden, welches an einem jeweiligen Hubzapfen der Kurbelwelle 12 relativ zu dem Hubzapfen drehbar gelagert ist. Durch diese gelenkige Kopplung des Kolbens mit der Kurbelwelle 12 können rotatorische Bewegungen der Kolben in den Zylindern relativ zu diesen in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 12 und die Drehachse 17 umgewandelt werden.
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Um ein Einströmen von Luft oder eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in die Zylinder sowie ein Ausströmen von Abgas aus den Zylindern zu steuern, weist die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 einen Ventiltrieb mit Gaswechselventilen auf. Die Gaswechselventile werden über wenigstens eine Nockenwelle betätigt, welche um eine Drehachse drehbar gelagert und von der Hubkurbelwelle 12 antreibbar ist.
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Zum Antreiben der Nockenwelle über die Kurbelwelle 12 ist ein Steuertrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 vorgesehen, welcher eine Steuerkette umfasst. Die Steuerkette ist einerseits mit der Kurbelwelle 12 und andererseits mit der Nockenwelle drehfest verbunden, indem die Kurbelwelle 12 und die Nockenwelle jeweils zumindest bereichsweise von der Steuerkette in Umfangsrichtung umgeben, insbesondere berührend umgeben, sind.
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Der Steuertrieb mit der Steuerkette ist dabei in einem sog. Steuerraum aufgenommen, welcher in axialer Richtung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 gemäß einem Richtungspfeil 19 zumindest bereichsweise von einem Steuerkastendeckel (Dichtflansch) 2 abgedeckt ist. Der Steuerraum wird dabei als Steuerkasten bezeichnet. Der Steuerkastendeckel 2 des Kurbelgehäuses 30 ist mit dem Kurbelgehäuseblock 1 mittels Schrauben verschraubt.
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In den Steuerkastendeckel 2 integriert und durch ihn geführt ist ein Achszapfen 14, welcher hohlzylinderförmig mit einem zumindest im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt ausgebildet ist. Der Achszapfen 14 ist über die Schrauben 22 zumindest im Wesentlichen direkt mit dem Kurbelgehäuseblock 1 des Kurbelgehäuses 30 verschraubt.
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Wie 2 zu entnehmen ist, umfasst die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 eine der Kurbelwelle 12 zugeordnete Riemenscheibe 3 eines Riementriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25. Die Riemenscheibe 3, die einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein kann, ist dabei koaxial zur Kurbelwelle 12 angeordnet und über einen Freilauf 20 in einer ersten Drehrichtung der Kurbelwelle 12 um die Drehachse 17 mit der Kurbelwelle 12 drehfest gekoppelt. In einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung um die Drehachse 17 ist die Riemenscheibe 3 über den Freilauf 20 relativ zur Kurbelwelle 12 verdrehbar. Dies bedeutet, dass in der ersten Drehrichtung Drehmomente von der Riemenscheibe 3 auf die Kurbelwelle 12 übertragen werden können, während eine solche Übertragung von Drehmomenten von der Riemenscheibe 3 auf die Kurbelwelle 12 in der zweiten Drehrichtung aufgrund des Freilaufs 20 nicht möglich ist.
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Wie der 2 ferner zu entnehmen ist, ist die Riemenscheibe 3 über ein Gleitlager 4 an dem Achszapfen 14 und somit zumindest im Wesentlichen direkt an dem Kurbelgehäuse 30 um die Drehachse 17 relativ zu dem Kurbelgehäuse 30 drehbar gelagert. Der Achszapfen 14 nimmt die Riemenzugkräfte der Riemenscheibe 3 auf.
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Um die Reibung der Lagerung der Riemenscheibe 3 auf dem Achszapfen 14 und den Verschleiß gering zu halten, ist durch diese Lagerung eine Gleitpaarung aus gehärtetem Stahl und Grauguss realisiert. Die Teile können mit einer geeigneten Beschichtung versehen sein, beispielsweise kann der Achszapfen phosphatiert sein.
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Der Freilauf 20 weist einen in radialer Richtung der Riemenscheibe 3 gemäß einem Richtungspfeil 18 inneren Freilaufring 10 sowie in radialer Richtung äußeren Freilaufring 11 auf. Die radiale Richtung der Riemenscheibe 3 gemäß dem Richtungspfeil 18 korrespondiert dabei zur radialen Richtung des Freilaufs 20 sowie der Kurbelwelle 12.
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Der Freilauf 20 umfasst Sperrkörper 8, mittels welchen die Freilaufringe 10 und 11 und damit die Riemenscheibe 3 und die Kurbelwelle 12 in der ersten Drehrichtung drehfest miteinander gekoppelt sind.
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Die Riemenscheibe 3 dient dazu, die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 des Kraftfahrzeugs zu starten und so von einem abgeschalteten Zustand in einen aktivierten Zustand, in welchem Verbrennungsvorgänge in den Zylindern ablaufen, zu überführen. Dazu ist die Riemenscheibe 3 mit einem in 2 nicht dargestellten Riemen in Umfangsrichtung zumindest bereichsweise umgriffen, insbesondere berührend umgriffen.
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Der Riemen umschlingt ebenso zumindest bereichsweise eine weitere Riemenscheibe des Riementriebs in Umfangsrichtung. Die weitere Riemenscheibe ist beispielsweise mit einer Ausgangswelle eines Elektromotors eines Starters drehfest verbunden. Wird von dem Elektromotor ein Drehmoment in die Ausgangswelle eingeleitet, so wird dieses Drehmoment über die weitere Riemenscheibe und den Riemen auf die erste Riemeneibe 3 übertragen. Dadurch wird die erste Riemenscheibe 3 in der ersten Drehrichtung gedreht. Da der Freilauf 20 in der ersten Drehrichtung sperrt, wird das Drehmoment von der Riemenscheibe 3 über den Freilauf 20 weiter in die Kurbelwelle 12 eingeleitet, sodass sich auch die Kurbelwelle 12 in der ersten Drehrichtung dreht und in dieser angetrieben wird.
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Die Kurbelwelle 12 wird dabei so lange mittels des Starters angetrieben, bis in den Zylindern Verbrennungsvorgänge ablaufen, welche die Kurbelwelle 12 am Drehen in der ersten Drehrichtung um die Drehachse 17 halten.
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Dabei kann es vorkommen, dass sich die Kurbelwelle 12 in der ersten Drehrichtung schneller dreht als die Riemenscheibe 3. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Startvorgang der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 abgeschlossen ist und der Starter deaktiviert wird, sodass die Riemenscheibe 3 nicht mehr in der ersten Drehrichtung angetrieben wird. Dreht sich nun die Kurbelwelle 12 in der ersten Drehrichtung relativ zur Riemenscheibe 3 schneller als diese, so schaltet der Freilauf 20 in seinen Freilauf und ermöglicht eine Relativdrehung der Freilaufringe 10 und 11 und damit der Kurbelwelle 12 und der Riemenscheibe 3 zueinander.
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Dies bedeutet, dass in der ersten Drehrichtung Drehmomente zum Drehen der Kurbelwelle 12 von der Riemenscheibe 3 in die Kurbelwelle 12 einzuleiten sind, während in der zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung keine Drehmomente von der Riemenscheibe 3 in die Kurbelwelle 12 einzuleiten sind. Entsprechend umgekehrt kann die Kurbelwelle 12 keine Drehmomente in die Riemenscheibe 3 einleiten, wenn sich die Kurbelwelle 12 in der ersten Richtung schneller dreht als die Riemenscheibe 3.
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Die Riemenscheibe 3 dreht sich somit lediglich während des Startvorgangs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 und nimmt dabei die Kurbelwelle 12 Ober den Freilauf 20 mit. Wird die Kurbelwelle 12 von den Verbrennungsvorgängen in den Zylindern angetrieben, so steht die Riemenscheibe 3 zumindest im Wesentlichen still und der Freilauf 20 geht in seinen Überholbetrieb (Freilauf). Durch die Fliehkraft wird für eine geringe Anpressung der Sperrkörper, welche auch als Klemmkörper bezeichnet werden, gesorgt. Dies hält die Reibung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 gering, was mit einem geringen Kraftstoffverbrauch und mit geringen CO2-Emissionen einhergeht.
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Die Lagerung der Riemenscheibe 3 über den Achszapfen 14 an dem Kurbelgehäuse 30 birgt den Vorteil, dass dadurch keine Querkräfte beim Starten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 auf die Kurbelwelle 12 und damit insbesondere auf ihre Hauptlager 16 wirken. Dies hält den Verschließ sowie die Reibung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 gering.
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Die Riemenscheibe 3 und der Freilaufring 10 sind über ein bewegliches Ausgleichselement 15 miteinander verbunden. Hierbei steht eine erste Verzahnung 5 im Bereich eines ersten Endes des Ausgleichselements 15 im Eingriff zu einer Verzahnung 5 auf der Riemenscheibe 3 und steht eine zweite Verzahnung 6 im Bereich des zweiten Endes des Ausgleichselements 15 im Eingriff mit einer Verzahnung 6 am Freilaufring 10. Das Ausgleichselement wird in axialer Richtung 19 durch einen elastischen O-Ring 9 auf der Riemenscheibe 3 gehalten. Der O-Ring 9 dient lediglich zur Dämpfung und groben Fixierung des Ausgleichselements 15, d. h. es ist eine gewisse Bewegbarkeit des Ausgleichselements auch in axialer Richtung 19 gegeben.
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Die Möglichkeit des Ausgleichs eines Achsversatzes zwischen der Riemenscheibe 3 und der Kurbelwelle 12 wird dadurch ermöglicht, dass die beiden Verzahnungen 5 und 6 ein geringes Spiel aufweisen, wodurch ein Achsversatz von einigen zehntel Millimeter ausgeglichen werden kann. Das Ausgleichselement 15, das bevorzugt aus Stahl gefertigt ist, und die Verzahnungen 5 und 6 sind derart ausgebildet, dass sie die Riemenscheibe 3 und den Freilaufring 10 drehsteif miteinander verbinden.
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Durch die drehsteife aber in radialer Richtung 18 bewegliche Verbindung zwischen Riemenscheibe 3 und Freilaufring 10 kann ein Achsversatz zwischen der Riemenscheibe 3 und dem Freilaufring 10 und damit letztendlich der Kurbelwelle 12 ausgeglichen werden, ohne dass beim Start radiale Zwangskräfte auf des Kurbelwellenhauptlager 16 auftreten.
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Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 umfasst ferner einen um die Drehachse 17 drehbaren und drehsteif mit der Kurbelwelle 12 verbundenen Schwingungsdämpfer 13. Der Schwingungsdämpfer 13 und die Kurbelwelle 12 sind über eine Stirnverzahnung 21 und eine Zentralschraube 23 miteinander verbunden.
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Der Freilaufring 11 des Freilaufs 20 ist zumindest bereichsweise in den Schwingungsdämpfer 13 aufgenommen und über Schrauben 24 in axialer Richtung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 gemäß dem Richtungspfeil 19 verschraubt. Alternativ kann der Freilaufring 11 in den Schwingungsdämpfer 13 eingepresst sein.
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Hierdurch ist der Freilaufring 11 mit dem Schwingungsdämpfer 13 drehfest verbunden. Daraus ist ersichtlich, dass das auf die Riemenscheibe 3 übertragene Drehmoment über den Freilauf 20 bei sperrendem Freilauf 20 zunächst auf den Schwingungsdämpfer 13 und über diesen auf die Kurbelwelle 12 übertragen wird, um die Kurbelwelle 12 zum Starten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 anzutreiben.
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Das in radialer Richtung innere Freilaufteil 10 ist mittels mindestens eines Nadellagers 7 gegen eine Innenwand des Schwingungsdämpfers 13 gelagert. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise eine im Wesentlichen konzentrische Anordnung der Drehachsen von in radialer Richtung innerem Freilaufteil 10 und in radialer Richtung äußerem Freilaufteil 11, und damit ein in Umfangsrichtung gleichbleibender Abstand zwischen der inneren Umfangsfläche des äußeren Freilaufteils 11 und der äußeren Umfangsfläche des inneren Freilaufteils 10 sichergestellt.
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Um insbesondere die Erstreckung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 in axialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 19 gering zu halten, ist der Schwingungsdämpfer 13 bereichsweise in der Riemenscheibe 3 aufgenommen. Mit anderen Worten ist der Schwingungsdämpfer 13 in radialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 18 außenseitig von der Riemenscheibe 3 bereichsweise überdeckt.
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Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 umfasst eine in den Figuren nicht gezeigte Schmiermittelversorgungseinrichtung. Über sie kann Schmieröl eines Schmierölkreislaufs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 zu dem Gleitlager 4, dem Wälzlager 7 und der Freilaufeinrichtung 20 gelangen. So können diese Bauteile durch das in dem Schmierölkreislauf zirkulierende Schmieröl besonders gut gekühlt und geschmiert werden, was die Reibung und damit den Verschleiß der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 besonders gering hält. Diese fluidische Anbindung der Schmierölversorgungseinrichtung an den Schmierölkreislauf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 birgt den Vorteil, dass das in dem Schmierölkreislauf zirkulierende Schmieröl kontinuierlich mittels wenigstens einer Filtereinrichtung gefiltert und so gereinigt wird. Dadurch wird das Gleitlager 4, das Wälzlager 7 und die Freilaufeinrichtung 20 während des Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 zumindest im Wesentlichen kontinuierlich mit hochwertigem und gereinigtem Schmieröl versorgt, welches besonders vorteilhafte Schmierungseigenschaften aufweist.
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Um ein Austreten von Schmieröl an die Umgebung zu verhindern, umfasst die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 25 eine in den Figuren nicht dargestellte Dichtungseinrichtung.
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Durch die vorliegende Erfindung werden somit insbesondere die folgenden Vorteile erzielt:
Die internen Toleranzen der Zugmittelscheibe (Riemenscheibe) mit Freilauf sowie der Lagerung derselben werden durch ein bewegliches Ausgleichselement ausgeglichen. Somit können die Bauteiltoleranzen in üblichen Größenordnungen gehalten werden und gleichzeitig wird eine Verspannung von Zugmittelscheibe zur Abtriebswelle (Kurbelwelle) sicher vermieden. Durch eine separate Lagerung des in radialer Richtung inneren Freilaufteils (Freilaufinnenring) am Schwingungsdämpfer zum in radialer Richtung äußeren Freilaufteil (Freilaufaussenring) ist die Koaxialität beider Bauteile und somit auch die Freilauffunktionalität sichergestellt.
